一、引言
在電子產(chǎn)品開發(fā)的實(shí)踐過(guò)程中，往往會(huì)碰到很多干擾方面的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)產(chǎn)品的可靠性和性能指標(biāo)都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，同時(shí)需要大量時(shí)間和資源去進(jìn)行排查修正，成為產(chǎn)品量產(chǎn)的瓶頸。在測(cè)試測(cè)量產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，共地干擾就是較為常見的一類干擾。
二、共地干擾來(lái)源
共地干擾，又稱公共地阻抗耦合干擾，是由于電路中的各類信號(hào)共用地線或者地平面引起的。地線作為公共的信號(hào)回流路徑或者參考平面，理論上是應(yīng)該是沒(méi)有阻抗的，但是實(shí)際情況并非如此，不同信號(hào)的回流在地線上產(chǎn)生的壓降就會(huì)成為彼此的干擾，如果信號(hào)的采樣，調(diào)理電路，或者PCB設(shè)計(jì)不合理，對(duì)于敏感微弱的小信號(hào)，就會(huì)產(chǎn)生明顯影響。如圖1所示，其它電路的回流電流i在信號(hào)回路上產(chǎn)生了一個(gè)誤差電壓。
圖1 真實(shí)的接地系統(tǒng)
對(duì)于測(cè)量電路而言，共地干擾不僅影響測(cè)量的精度，甚至因?yàn)闊o(wú)法穩(wěn)定讀數(shù)而造成測(cè)量失敗。下面是一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)中的實(shí)際案例。
三、用RMS芯片進(jìn)行交流電壓的真有效值測(cè)量
在一個(gè)通過(guò)RMS芯片AD636測(cè)量交流電壓輸入信號(hào)時(shí)，發(fā)生一個(gè)故障現(xiàn)象：從電路一上電開始，芯片輸出的有效值讀數(shù)就在緩慢地發(fā)生漂移，且變化速度時(shí)快時(shí)慢，沒(méi)有規(guī)律。由于這是一個(gè)精密測(cè)量電路，對(duì)測(cè)量精度要求較高，這樣的測(cè)量讀值無(wú)法到產(chǎn)品的規(guī)格和精度要求。因此必須加以改進(jìn)。
分析該電路的設(shè)計(jì)，圖2為該芯片的接線示意圖。標(biāo)記為Iout，RL，COM的分別是管腳10,1,2.其中Iout是RMS輸出電流管腳，RL為負(fù)載電阻管腳，COM管腳為公共管腳。該芯片的工作原理是將一個(gè)正比于輸入有效值的信號(hào)以電流源的形式輸出，通過(guò)內(nèi)接的一個(gè)RL負(fù)載電阻，將電流轉(zhuǎn)換為電壓。參照芯片的框圖說(shuō)明，Iout引腳正是這個(gè)輸出電壓，該信號(hào)接到后級(jí)電路進(jìn)一步處理。概括來(lái)說(shuō)，Vac in與COM構(gòu)成輸入測(cè)量信號(hào)，COM為輸入?yún)⒖嫉?，Iout與RL構(gòu)成輸出信號(hào)，RL為輸出參考地。按照芯片的推薦使用方法，將RL和COM管腳接在一起，并就近接入電路的參考地GND，如圖中實(shí)線所示。
這種接線方法，從理論分析看不出有什么不妥之處。但是，在實(shí)際使用中，卻產(chǎn)生嚴(yán)重的問(wèn)題。原因何在？仔細(xì)查檢其PCB設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)由于板上器件物理布局的限制，其輸入信號(hào)Vac in是通過(guò)一條很長(zhǎng)的走線連接到AD636芯片的，而其參考地則就近接入地平面GND上，離取樣信號(hào)的參考地距離相當(dāng)遠(yuǎn)。也就是說(shuō)，輸入信號(hào)的回流路徑是與板上其他電路共用的，共地干擾就會(huì)疊加到輸入信號(hào)上，從而出現(xiàn)故障。
解決該故障的措施是斷開COM與RL的就近連接，單獨(dú)走一條地線到該引腳。如圖中虛線所示。雖然該走線終也是連到GND地平面，但此時(shí)輸入信號(hào)的回流路徑已經(jīng)改變，不再與其他電路共用地平面回流，因此也就不存在共地干擾的影響。實(shí)踐表明，經(jīng)過(guò)這樣簡(jiǎn)單整改，故障完全消失，讀數(shù)非常和穩(wěn)定。
圖2
四、結(jié)論
在精密測(cè)量電路中，將被測(cè)信號(hào)回路與其他功能回路分開，避免其他電路的干擾，能夠更準(zhǔn)確地對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。表現(xiàn)在PCB設(shè)計(jì)上，就是不僅信號(hào)線要遠(yuǎn)離干擾源，而且還要避免其回流路徑，就是信號(hào)的地線，受到共地干擾的影響。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，測(cè)試測(cè)量設(shè)備越來(lái)越趨向復(fù)雜和精密，干擾問(wèn)題也日益突出只有分析各種干擾的來(lái)源，采取有效的防范措施，才能開發(fā)出穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量產(chǎn)品。
